Chọn khí cụ điện

Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



khí cụ điện và dây dẫn phải quy định nhiệt độ cho phép và trong vận hành bình thờng

cũng nh khi ngắn mạch nhiệt độ của chúng không đợc quá thị số cho phép. Những

thiệt bị chính trong nhà máy điện (máy phát, máy biế áp, máy bù ... ) cùng với các khí

cụ điện (máy cắt, dao cách ly, kháng điện) đợc nối nhau bằng thanh dẫn, thanh góp và

cáp điện lực. Thanh dẫn, thanh góp có hai loại chính: thanh dẫn mềm và thanh dẫn

cứng. Thanh dẫn cứng thờng làm bằng đồng hoặc nhôm và đợc dùng để nối từ đầu cự

máy phát điện đến gian máy dùng làm thanh góp điện áp máy phát. Còn thanh dẫn

mềm dùng để làm thanh dẫn thanh góp cho thiết bị ngoài trời.

I. Chọn thanh dẫn thanh góp

Thanh dẫn thanh góp để nối từ các máy phát lên các máy biến áp ta dùng thanh

dẫn cứng. Tất cả các dây dẫn từ máy biến áp lên thanh góp cao áp và trung áp chọn là

thanh dẫn mềm. Thanh góp cao áp và trung áp đợc chọn là thanh góp mềm.

1. Chọn thanh dẫn cứng

Thanh dẫn cứng đợc chọn theo các tiêu chuẩn sau:

- Chọn tiết diệt thanh dẫn: chọn tiết diện thanh dẫn theo dòng cho phép lâu

dài.

- Dòng cho phép lâu dài của thanh dẫn I CP phải lớn hơn hoặc bằng dòng cỡng

bức qua nó (ICB) tức là:

ICPCH ICB

Trong đó: ICPHC là giá trị dòng cho phép lâu dài đã đợc hiệu chỉnh theo nhiệt độ.

Nh đã xác định ở chơng 3 có ICB mạch máy phát là: 7,14 KA

Với giả thiết

CP = 700C nhiệt độ lâu dài cho phép của thanh dẫn

0qd = nhiệt độ môi trờng xung quanh quy định khi tính ICP và 0QĐ=250C

xq = nhiệt độ môi trờng xung quanh thực tế nơi đặt thanh dẫn và xq = 350C.

Ta hiệu chỉnh lại dòng cho phép lâu dài theo nhiệt độ thực tế nh sau:

HC

I CP = I CP



CP 0 xq

CP 00 qd



= I CP



70 35

= 0.88

70 25



I CP =7,14/0.88 = 8,12

Ta chọn thanh hai dẫn hình máng ( đồng) để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu

ứng gần, đồng thời tăng khả năng làm mát cho chúng. Chọn thanh dẫn hình máng có

thông số kỹ thuật sau:

ICP



Kích thớc

(mm2)



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



T/diện

1 cực



Mô men trở kháng

(cm3)



Mô men quán tính

(cm3)

31



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện

KA



Một thanh



h

b

c

r mm2

12,5 225 105 12,5 16 4880



Đồ án môn NMĐ



2Thanh một thanh 2Thanh



Wx-x



Wy-y Wyo-yo



Jx-x



Jy-y



Jyo-yo



307



66,5



3450



490



7250



645



h=225mm

y



yo



y



r=16mm



x



x



h=225mm



C=12,5mm



y



b=105mm



yo



y



- Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch:

Với thanh dẫn hình máng đã chọn có ICP =12,5KA > 7,14KA .

Do dòng điện qua mạch lớn hơn 1000A nên ta không cần kiểm tra ổn định

nhiệt của thanh dẫn.

- Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch:

Theo tiêu chuẩn độ bền cơ thì ứng suất của vật liệu thanh dẫn không đợc lớn

hơn ứng suất cho phép của nó nghĩa là: tt cp ứng suất cho phép đối với thanh đồng

là cp = 1400kg/cm2

Lấy khoảng cách giữa hai sứ liền nhau của một pha: l = 120cm

Khoảng cách giữa các pha là: a = 60cm

Xác định lực tính toán Ftt tác dụng lên một nhịp của thanh dẫn pha giữa trên

chiều dài khoảng vợt là:



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



32



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



2l

xI 2

XK

a

2

2 x120

Ftt =2,86 x1,02 x10 8 x

x 2 x 57,9 x103







60

Ftt =766 KG

Ftt =2,86 x1,02.x10 8 x



Với Im= là dòng xung kích tại điểm ngắn mạch N3

Mô men uốn tác dụng lên một nhịp thanh dẫn là:

M=



F .l 766 x120

=

= 9200 Kg .cm

10

10



ứng suất xuất hiện trên mỗi thanh dẫn với giả thiết là hai thanh đợc hàn vào

nhau:

Trong đó: CP ứng suất cho phép đối với thanh đồng (CP = 1400KG/cm)

Do đó thanh dẫn đã chọn đảm bảo ổn định động.

- Xác định khoảng cách giữa các miếng đệm:

Ta có lực điện động do đồng ngắn mạch trong cùng một pha gây ra trên một

đơn vị độ dài (1cm) là:

f



1 (3) 2

1

=1,68 4.10 8 . .I NM .k

=1,684.10 8 . ( 2 .57,9.103 ) 2 = 7,4 Kg / cm

2

hd

h

15



với Khd : hệ số hình dáng = 1.

Với h: bề rộng của hai hình máng ghép: Km = 1 vì hai thanh hàn chặt với nhau.

Khoảng cách giữa các miếng đệm

12 xWy y

1





92

cp

= 12 x14,7(1400 ) =488cm

l =

1

F2

7,4



So sánh giữa l1 = 55,027 cm và khoảng cách 120 cm đã chọn ta thấy rằng giữa hai

sứ đỡ cần phải đặt thêm miếng đệm trung gian để thanh dẫn đảm bảo ổn định động

khi ngắn mạch.

2. Chọn sứ đỡ thanh dẫn cứng

Sứ đỡ thanh dẫn cứng đợc chọn theo điều kiện sau:

- Loại sứ : chọn theo vị trí đặt

- Điện áp: UĐMS UĐMHT

h

H

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



H



33



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



- Kiểm tra ổn định động

F 'tt =Ftt.



Trong đó:



H'

0,6.FPH

H



F PH: lực phá hoại cho phép của sứ

Ftt: lực biến động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch ba pha.

F 'tt: lực điện động tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch



ba pha.

H: Chiều cao của sứ

H': Chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm thiết điện thanh

dẫn với : H' = H + h/2

h = 225 mm : chiều cao thanh dẫn

Ftt = 766 KG

Do đó điều kiện sứ đỡ phải thỏa mãn:

Ftt.H '

FPH

0,6.H



Tra bảng sứ trong nhà chọn sứ loại: O - 20 4250KBY3 với các thông số kỹ

thuật sau:

UĐM = 20KV

FPH = 4250KG; H = 305cm

Với chiều cao thanh dẫn đã chọn ở trên là h = 225 mm tính đợc:

F ' tt F ' tt.H '

=

=

0,6

0,6 H



766 x(23 +

0,6 x 23



15

)

2 =1693Kg



So sánh:

FPH =4250 KG >



F ' tt

=

1693Kg

0,6



Vậy sứ đỡ đã chọn là hoàn toàn thỏa mãn

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



34



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



3. Chọn thanh dẫn mềm

Vì trong nhà máy điện khoảng cách giữa các máy biến áp với hệ thống thanh

góp điện áp cao cũng nh chiều dài của các thanh góp nhỏ nên dây dẫn mềm đợc chọn

dựa vào dòng điện làm việc lâu dài cho phép:

IHCCPID ILVCB

Trong đó: -IHCCPLD là dòng điện làm việc lâu dài cho phép của dây dẫn khi đã

hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt.

-ILVCB dòng điện làm việc cỡng bức

Và cũng phải thỏa mãn khi kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang. Đối với

điện áp định mức từ 110KV trở lên, theo điều kiện sau:

UVQ UĐM

Trong đó : UVQ điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang. Nếu dây dẫn 3 pha

trong điều kiện thời tiết khô ráo, áp suất không khí là 760mmHg, nhiệt độ môi trờng

là 250C thì UVQ có thể xác định theo công thức sau:

UVQ =84 . m . r . lg



D

r



( KV )



Trong đó:



r bán kính ngoài của dây dẫn

D khoảng cách giữa các pha của dây dẫn

m Hệ số xù sì lấy là 0.83

Do dây dẫn ba pha đợc đặt trên cùng một mặt phẳng cho nên U VQ với pha giữa

giảm 4% và pha bên tăng 6%.

Lúc này khoảng cách D giữa các pha có giá trị là:

a- Chọn dây dẫn mềm làm thanh góp cao áp 220KV:

Xác định ILVCB của dây dẫn trong mạch này có Smax = Sc+SHT = 417,9 MVA

I bt =



S max HT

3.U



=



417,9

3.220



= 1,1 KA



Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm có:

Với ICPLD : Là dòng điện cho phép lâu dài. (tra bảng)

I

1,1

I CPLD cb

=

=

1,20 KA

K 0.88



Do đó : K hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ ( t xung quanh là 45độ)

Tra bảng chọn đợc dây dẫn ACO - 700 có dòng điện làm việc cho phép ở điều

kiện tiêu chuẩn đặt ngoài trời: ICPBT = 1220A

Vậy dây dẫn ACO - 700 đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài.

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



35



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang

Theo điều kiện:

UVQ UĐMHT

Trong đó: UVQ điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang. UVQ có thể xác định

theo công thức sau:

Do dây dẫn đã chọn nhiều sợi xoắn nên có: m = 0,83

r = 1,855cm

D = 700cm

Thay số liệu tính toán đợc kết quả sau:

U VQ =84 * 0,83 *1,855 * lg



700

=333KV

1,855



Tính toán UVQ đối với pha giữa: UVQ giảm 4% cho nên:

UVQ = 0.96 .*333 = 332 KV > 220KV

Cho nên dây dẫn ACO - 700 thỏa mãn điều kiện vầng quang.

b. Chọn dây dẫn mềm làm thanh dẫn mạch cao áp 220KV:

Đã xác định đợc ILVCB của dây dẫn trong mạch này là: Icb = 0,73KA

Theo điều kiện chọn dây dẫn mềm có:

Với ICPLD : Là dòng điện cho phép lâu dài. (tra bảng)

I

0,34

I CPLD cb

=

=0,4 KA

K 0,88



Do đó : K hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ ( t xung quanh là 45độ)

Tra bảng chọn đợc dây dẫn ACO - 400 có dòng điện làm việc cho phép ở điều

kiện tiêu chuẩn đặt ngoài trời: ICPBT = 835A

Vậy dây dẫn ACO - 400 đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng lâu dài.

Kiểm tra điều kiện phát sinh vầng quang

Theo điều kiện:

UVQ UĐMHT

Trong đó: UVQ điện áp tới hạn có thể phát sinh vầng quang. UVQ có thể xác định

theo công thức sau:

Do dây dẫn đã chọn nhiều sợi xoắn nên có: m = 0,83

r = 1,36cm

D = 600cm

Thay số liệu tính toán đợc kết quả sau:

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



36



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện

U VQ =84 * 0,83 *1,36 * lg



Đồ án môn NMĐ



600

=250 KV

1,36



Tính toán UVQ đối với pha giữa: UVQ giảm 4% cho nên:

UVQ = 0.96 .*250 = 241 KV > 220KV

Cho nên dây dẫn AC0 - 400 thỏa mãn điều kiện vầng quang.

Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt:

Theo điều kiện:

S

S

=

chon min



B



N

C



Tức là tiết diện của dây dẫn chọn không đợc nhỏ hơn tiết diện nhỏ nhất để dây

dẫn ổn định nhiệt.

BN là xung lợng nhiệt ngắn mạch. Lấy gần đúng

BN =I (tc + ta)

tc là xung lợng nhiệt khi ngắn mạch , lấy tc =0,4s

ta là hằng số thời gian, lấy ta =0,05s

BN= 23,9682x(0,4 + 0,05) =258,509KA2.s

Với dây dẫn nhôm hằng số C =79A2s

Vậy:



B 258,509

S = n=

x103 = 203,522 S = 400mm2

min C 79

chon

Nh vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn về ổn định nhiệt khi ngắn mạch.

II. Chọn máy cắt và dao cách ly.

1. Chọn máy cắt

a. Máy cắt đợc chọn theo những điều kiện sau:

Loại máy cắt điện trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một chủng loại máy

cắt, trên các đờng dây phụ tải cấp điện áp máy phát thì nên dùng máy cắt hợp bộ.

- Điện áp định mức: điện áp định mức của máy cắt đã chọn tơng ứng với điện

áp của lới.

- Dòng điện định mức: IĐMMC ILVCB

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



37



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch:

I2NH . INH BN = I200QĐ

- Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: ILđm MC Ixk

- Điều kiện cắt : ICĐM I''

ở chơng IV đã chọn máy cắt cho các cấp điện áp

b. Kiểm tra các điều kiện làm việc của máy cắt

+ Máy cắt phía cao áp 220KV

Là máy cắt không khí loại BB - 220 31,5/2000 có các thông số kỹ thuật

nh sau:

- Uđm = 220KV = U làm việc của lới

- Iđn = 2000A > Icb= 340A

- ICđm = 31.5kA > I = 5,36kA

- ILdd MC=80 kA >13,65kA

- Máy cắt đã chọn có Iđm = 2000 A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định

nhiệt

Vậy máy cắt đã chọn là thỏa mãn các yêu cầu

+ Máy cắt phía cao áp 110KV

Là máy cắt không khí loại BBY - 110 40/2000 có các thông số kỹ thuật nh

sau:

- Uđm = 110KV = U làm việc của lới

- Iđm = 2000A > Icb= 0,65kA= 650 A

- ICđm = 40kA > I = 11,86kA

- ILdd MC=102 kA > IXK = 29,9kA

- Máy cắt đã chọn có Iđm = 1000 A > 1000A nên không cần kiểm tra ổn định

nhiệt

Vậy máy cắt đã chọn là thỏa mãn các yêu cầu

+ Máy cắt phía cao áp 10,5KV

Là máy cắt không khí loại BM-20-90/11200Y3 có các thông số kỹ thuật nh

sau:

- Uđm = 20KV > U làm việc của lới

- Iđm = 11,2kA > Icb= 7,14 kA

- ICđm = 90kA > I = 57,9 kA

- Ildd MC=300kA > Ixk =146 kA

Máy cắt đã chọn có Iđm = 1000 A nên không cần kiểm tra ổn định nhiệt

Vậy máy cắt đã chọn là thỏa mãn

220



0.474



3.34



10.99 BBb-220-31,5/2000



110



I



0.65



11.86



29.9



Sinh Viên:Phạm văn Thảo



BBY-11-40/2000



220



2



31,5



80



110



2



40



102



38



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện

10,5



5.169 34.99 107.75 BM-20-90/11200Y3



20



Đồ án môn NMĐ

11,2



90



300



2. Chọn dao cách ly

a. Dao cách ly đợc chọn theo những điều kiện sau:

- Loại dao cách ly: trên cùng một cấp điện áp ta chọn cùng một loại dao , trên

các đờng dây phụ tải cấp điện áp máy phát thì dùng máy cắt hợp bộ.

- Điện áp định mức: điện áp định mức của dao cách ly đã chọn tơng ứng với

điện áp của lới.

- Dòng điện định mức: IĐMDCL ILVCB

- Kiểm tra ổn định nhiệt khi ngắn mạch: I2NH . tNH BN

- Kiểm tra ổn định động khi ngắn mạch: IlddDCL iXK ở đây

- Từ kết quả của dòng điện làm việc cỡng bức của các cấp điện áp chọn đợc

DCL ghi vào bảng sau:

Loại DCL



UĐM

KV

220



IĐM

A

1500



ILĐD

KA

80



INH KA



PH - 220 T/1500



ILVCB

KA

1.5



22



tNH

sec

3



PH3 - 110 /2000

PBK - 20 /12500



2.0

12.5



110

20



2000

12500



100

320



40

125



3

4



b. Kiểm tra dao cách ly

- DCL đã chọn có IĐMDCL>1000A nên không phải kiểm tra ổn định nhiệt.

+DCL phía cao áp 220 KV:

Loại PH - 220 T/1500

- UđmDCL = 220 KV phù hợp lới điện

- IđmDCL = 1500 A > ILVCB = 735A

- iLdd = 80KA > iXK = 10,99 KA

Vậy DCL đã chọn thỏa mãn

+DCL phía cao áp 220 KV:

Loại PH - 220 T/1500

- UđmDCL = 220 KV phù hợp lới điện

- IđmDCL = 1500 A > ILVCB = 735A

- iLdd = 80KA > iXK = 10,99 KA

Vậy DCL đã chọn thỏa mãn

+DCL phía 110 KV:

Loại PH3 - 110/2000

- UđmDCL = 110 KV phù hợp lới điện

- IđmDCL = 2000 A > ILVCB = 650A

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



39



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



- iLdd = 100KA > iXK = 29,9 KA

Vậy DCL đã chọn thỏa mãn

+ DCL phía hạ áp 10,5 KV

Loại PBK - 20 / 12500

- UđmDCL = 20 kV>10,5KV điện áp làm việc

- IđmDCL =12500A > ILVCB = 7,14A

- iLdd = 320KA > iXK = 146 KA

Vậy DCL đã thỏa mãn.

III. Chọn cáp cho mạch phụ tải 10,5KV

1. Chọn cáp

- Phụ tải cáp điện áp máy phát Pmax =11.6 MW, Cos = 0,8

2 đờng cáp đơn có P = 1 MW, cos = 0,80 S = 1,25 MVA

3 đờng cáp kép có P = 3,2 MW, cos = 0,8 S = 4 MVA

- Tiết diện cáp đợc chọn theo mật độ dòng kinh tế

S cap =



I

J



BT

KT



Trong đó:



IBT : dòng điện làm việc bình thờng

JKT : mật độ kinh tế

a. Chọn tiết diện cáp đơn

Theo nhiệm vụ thiết kế gồm 2 đờng dây đơn có S = 1,25 MVA Do đó:

S

1,25

I BT =

=

=0,083KA

0,83 3.U 0,83. 3.10,5



Từ đồ thị phụ tải địa phơng ta tính đợc TMAX (thời gian sử dụng công suất lớn nhất

của phụ tải máy phát)

24



S .t



TMAX = 1

S



i i



=5606,5h



DPMAX



- Tra bảng T45 giáo trình thiết kế nhà máy điện với T MAX = 5606,5h > 5000 h

và dùng cáp lõi đồng nên ta lấy mật độ kinh tế jKT = 2 A/mm2

Scăp =83/2 = 41,5 mm2

Vậy chọn cáp ba lõi bằng nhôm cách điện bằng giấy tẩm dầu, nhựa thông, vỏ

bằng chì đặt trong đất có:

Uđm = 20KV; S = 70mm2 có ICP = 200A

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



40



Trờng ĐHBK Hà Nội Khoa Điện Bộ môn Hệ Thống Điện



Đồ án môn NMĐ



Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài theo điều kiện

IBT I'CP

Với I'CP =k1 . k2 .ICP

Trong đó: k1 - số liệu hiệu chỉnh theo nhiệt độ nơi đặt cáp

k



1



=



60 25

=0,88

60 15



k2 - hiệu số hiệu chỉnh theo cáp làm việc đặt song song trong đất với cáp đơn k 2

= 1 ( đạt cáp sợi đơn )

ICP : dòng điện cho phép lâu dài của cáp của cáp ở 150C

Do đó: I'CP = 0,88*200 = 176A > IBT = 83 A

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng.

b. Chọn tiết diện cáp kép

Theo nhiệm vụ thiết kế gồm có 2 đờng cáp kép S = 4 MVA

vì là cáp kép nên dòng điện cỡng bức xảy ra khi một đờng cáp bị sự cố lúc này.

S

4

I BT =

=

=0,13KA

0,83 3.U .2 0,83. 3.10,5.2



ICB = 2IBT = 2x 130 = 260 A

S cap =



ht 130

=

= 65mm 2

J

2



Vậy ta chọn cáp ba lõi đồng cách điện bằng giấy tẩm dầu nhựa thông vỏ bằng

chì đặt trong đất có:

UĐM = 20KV; S = 150 mm2 có Icp = 240A

Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng lâu dài;

Ibt I'CP

Với I'CP = k1 . k2 . ICP

Trong đó k1 = 0,88; k2 = 0,9 ( cáp đặt song song cách nhau 10cm)

I'CP = 0.88 * 0.9 * 240 =190 A Ibt = 130 A

Vậy cáp đã chọn thỏa mãn đợc phát nóng lâu dài

+ Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng khi làm việc cỡng bức

Theo quy trình thiết bị điện, các cáp có cách điện bằng giấy tẩm dầu, điện áp

không quá 20KV, trong điều kiện làm việc sự cố có thể cho phép cáp quá tải 30%

trong thời gian không quá 5 ngày 5 đêm. Nh vậy có điều kiện kiểm tra nh sau:

1,3 . k1 . k2 .ICPBT ICB

Trong đó k1 = 0.88, k2 =0,9 ( cáp đặt song song cách nhau 100mm)

Sinh Viên:Phạm văn Thảo



41